CN102894989B - 一种减少x射线扫描剂量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种减少X射线扫描剂量的方法，所述方法包括：对待检对象进行扫描；在扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；若检测到待检对象发生运动，则关闭X射线源。本发明还提供一种减少X射线扫描剂量的装置。本发明能实时检测待检对象是否发生运动，并在检测出运动后即刻关闭X射线源或停止扫描，从而减少待检对象接受的X射线扫描剂量。

Description

一种减少X射线扫描剂量的方法和装置

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种减少X射线扫描剂量的方法和装置。

背景技术

随着医疗水平的进步，X射线计算机断层成像(Computed Tomography，CT)设备得到了广泛的应用。当对待检对象进行CT扫描时，旋转机架绕Z轴旋转360度，并同时带动包括X射线源、准直器和检测器的数据采集系统同步围绕待检对象旋转360°，以从[0，360°]的投影角度来获取X射线投影数据，其中Z轴为CT检查床进出旋转机架的水平方向。在每个投影角度处，检测器的M个通道同时接受X射线投影数据，并将其传送至CT的图像重建系统用于生成重建图像。由于在CT扫描时人体不可避免会发生运动，所以重建图像会运动而产生运动伪影，这影响重建图像的质量。

一旦待检对象发生运动，本次扫描的投影数据和重建图像就是无用的，如果继续对待检对象扫描，待检对象就接受了不必要的辐射剂量。例如通常一次扫描可以产生上百张256*256像素的重建图像，但只能对其中的几十幅图像进行在线预览，这是因为实现在线预览要求CT具有较强的实时图像处理能力和存储空间等，这会提高CT成本。假如待检对象在该次扫描过程中发生运动，那么这上百张图像中肯定有一些图像有运动伪影，但是显示在显示器上能线预览的这几十幅图像却很可能都是没有运动伪影的，这样操作者据此初步判断待检对象没有发生运动，于是继续对待检对象扫描直至结束。然而离线的这上百张图像却表明待检对象发生运动，由于带有运动伪影的投影数据和重建图像是无用的，所以待检对象需要再次进行CT扫描。这样，之前进行的“无用”扫描就使待检对象接受了不必要的扫描剂量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少X射线扫描剂量的方法和装置，其在扫描的同时检测待检对象是否发生运动，并在检测到待检对象发生运动时关闭X射线源，以减少待检对象接受的扫描剂量。

有鉴于此，本发明提出一种减少X射线扫描剂量的方法，所述方法包括：对待检对象进行扫描；在扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；若检测到待检对象发生运动，则关闭X射线源。以减少待检对象接受的扫描剂量。

根据本发明的一个实施例，在所述X射线源从起始位置旋转了角度(180°+2β)时，检测待检对象是否发生运动，其中β为所述X射线源发出的X射线束张角的一半。

所述检测待检对象是否发生运动的步骤包括：用一检测器采集扫描得到的投影数据，得到一原始投影数据组；获取所述原始投影数据组的一补偿数据组；计算所述原始投影数据组与所述补偿数据组的距离矩阵；取所述距离矩阵的某一列，找出该列中最小值所对应的行值，若该行值与该列值的差值的绝对值大于一预设阈值，则确定待检对象发生运动。可见本发明能直接从原始投影数据组中就检测出待检对象在本次扫描中是否发生运动，准确率和可靠性更高。

根据本发明的一个实施例，所述距离矩阵为欧几里得距离矩阵。

根据本发明的再一个实施例，所述获取补偿数据组包括：读取所述原始投影数据组中一投影数据对应的第一投影角度和第一检测器通道；根据所述第一投影角度和所述第一检测器通道来计算第二投影角度和第二检测器通道，其中所述第二投影角度下的第二检测器通道与所述第一投影角度下的第一检测器通道位于同一X射线传播路径上；将所述第二投影角度下第二检测器通道所采集到的投影数据作为所述补偿数据组中的数据。

根据本发明的又一个实施例，所述计算第二投影角度和第二检测器通道包括：根据所述第一检测器通道按如下公式来计算所述X射线传播路径偏离X射线束中心的角度：θ＝β-n1*Δβ，其中，n1为所述第一检测器通道，Δβ为所述检测器通道的角度步距，θ为所述X射线传播路径与X射线束中心的夹角，β为所述X射线束张角的一半；根据所述夹角按如下公式来计算所述第二检测器通道：n2＝(β+θ)/Δβ，其中，n2为所述第二检测器通道，且所述第二检测器通道与所述第一检测器通道关于所述检测器的中心呈镜像对称；根据所述夹角按如下公式来计算所述第二投影角度：α2＝α1±180°-2θ，其中，α2为所述第二投影角度，α1为所述第一投影角度。

接受以减少待检对象接受的扫描剂量。根据本发明的又一个实施例，所述预设阈值为20。

本发明还提供一种计算机程序，使计算机执行所述检测待检对象发生运动的方法。

本发明还提供一种计算机可读的记录介质，存储了所述的计算机程序。本发明还提供一种减少X射线扫描剂量的装置，所述装置包括：一种扫描组件，其包括X射线源、对X射线进行限束的准直器和接收X射线投影数据的检测器，这三者能围绕待检对象同步旋转，以对待检对象进行扫描；一种运动检测组件，用于在所述扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；一种控制组件，用于在所述运动检测组件检测到待检对象发生运动时，控制所述X射线源关闭或扫描停止。

根据本发明的一个实施例，所述运动检测组件包括：一检测器，用于采集扫描得到的投影数据，得到一原始投影数据组；一补偿数据获取模块，用于获取所述原始投影数据组的补偿数据组；一距离矩阵计算模块，用于计算所述原始投影数据组与所述补偿数据组的距离矩阵；一运动检测模块，用于取所述距离矩阵的某一列，找出该列中最小值所对应的行值，若该行值与该列值的差值的绝对值大于一预设阈值，则确定待检对象发生运动。可见本发明能直接从原始投影数据组中就检测出待检对象在本次扫描中是否发生运动，所以准确率和可靠性更高。

根据本发明的再一个实施例，所述补偿数据获取模块包括：一读取子模块，用于读取所述原始投影数据组中与一投影数据对应的第一投影角度和第一检测器通道；一计算子模块，用于根据所述第一投影角度和所述第一检测器通道来计算第二投影角度和一第二检测器通道，其中所述第二投影角度下的第二检测器通道与所述第一投影角度下的第一检测器通道位于同一X射线传播路径上；一补偿数据获取子模块，其将所述第二投影角度下第二检测器通道所采集到的投影数据作为所述补偿数据组中的数据。

从上述方案中可以看出，由于本发明在检测出待检对象发生运动后就关闭X射线源或停止扫描，避免待检对象接受不必要的X射线剂量，能减少待检对象接受的扫描剂量，最多能降低(180-2β)/360的扫描剂量。而且本发明能直接从原始投影数据组中就检测出待检对象在本次扫描中是否发生运动，所以准确率和可靠性更高。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明减少X射线扫描剂量的方法示意图。

图2为本发明获取补偿数据的原理示意图。

图3为本发明减少X射线扫描剂量的装置示意图。

图4为本发明运动检测组件的示意图。

图5为本发明补偿数据获取模块的示意图。

附图标记

S101～S110 本发明减少扫描剂量的步骤

1X 射线源

3 检测器

4 本发明减少扫描剂量的装置

5 扫描组件

6 运动检测组件

7 控制组件

11 检测器

12 补偿数据获取模块

13 距离矩阵计算模块

14 运动检测模块

111 读取子模块

112 计算子模块

113 补偿数据获取子模块

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

以下以CT设备为例，具体说明本发明减少X射线扫描剂量的方法和装置。

对目前的双排CT而言，通常数据采集系统围绕待检对象同步旋转一周的时间少于1s，如为0.6s，而人体发生运动频率通常为1s一次，所以在扫描过程中，并非每次扫描得到的原始投影数据组中都含有待检对象的运动数据。除非待检对象患有帕金森综合症，这种症状的病人的运动频率非常快，需要扫描时间很短的高端CT来对其进行扫描。若原始投影数据组中都含有待检对象的运动数据，则重建图像会因这些运动数据而存在运动伪影，使得本次扫描“无用”，于是需要对待检对象再次扫描。区在背景技术中所述，待检对象接受了不必要X射线扫描剂量。

有鉴于此，本发明提出一种减少X射线扫描剂量的方法，如图1所示。所述方法包括：

S101，对待检对象进行扫描。

S102，用一检测器采集扫描得到的X射线投影数据，得到一原始投影数据组R。

S103，读取R中与一投影数据v1对应的第一投影角度α1和第一检测器通道n1。

本发明基于如图2所示的数据补偿原理。图2所示数据采集系统包括一种X射线源1(F1或F2)、准直器(图中未示出)和检测器3，检测器3的通道数为M，起始检测器通道为C-1，末尾检测器通道为C-M，X射线源1发射的X射线束的张角为2β。图中X射线源1与检测器3一起围绕一待检对象顺时针同步旋转，即X射线源从F1处顺时针旋转到F2处，以从复数个视点来采集X射线投影数据。理论上，在同一X射线传播路经F1F2上，由于X射线从F1到F2方向经过待检对象的衰减与从F2到F1方向经过待检对象的衰减系数相同，所以在投影角度为α1(从X轴正半轴旋转到F1点的旋转角度)时，检测器3的一个通道n1上接收到的X射线投影数据v1应该等于投影角度为α2(从X轴正半轴旋转到F2点的旋转角度)时，检测器3的另一个通道n2接受的X射线投影数据v2，即v1＝v2。本发明据此来获取补充数据组R_C的数据。

S104，根据n1按如下公式(1)来计算X射线传播路径F1F2偏离X射线束中心的角度θ：

θ＝β-n1*Δβ    (1)

其中，Δβ为检测器3中相邻两个通道间的角度步距，β为所述X射线束张角的一半。

S105，根据夹角θ按如下公式(2)来计算第二检测器通道n2：

n2＝(β+θ)/Δβ    (2)

这里，可以将公式(1)变形为如下公式(3)：

n1＝(β-θ)/Δβ    (3)

比较公式(2)和(3)可以得出：n1与n2关于检测器3的中心是镜像对称的。

S106，根据夹角θ按如下公式(4)来计算第二投影角度α2：

α2＝α1±180°-φ    (4)

由于φ＝2θ，所以

α2＝α1±180°-2θ    (5)

在图2的实施例中，α2＝α1+180°-2θ。

S107，将在α2下n2所采集到的投影数据v2作为R_C中的数据。

重复上述步骤S103～S107，即可获得R_C中的全部数据，其中α1≥180°+2β。

S108，计算R与R_C的距离矩阵S。

根据本发明的一个实施例，所述距离矩阵为欧几里得距离矩阵。

在CT扫描中，数据采集系统是根据一定的角度间隔来采集X射线投影数据的，即读片。可以将[0，180°+2β]分为N个角度间隔，如N＝2000，则数据采集系统围绕待检对象每旋转(180°+2β)/2000，检测器3就读取一次X射线投影数据，总共需要读片2000次。

假设距离矩阵S为一个N行N列的矩阵，其中第i行第j列的数据可以是R中第i次读片数据与R_C中第j次读片数据的欧几里得(Euclidean)距离。也就是说，S中第i行的数据是R中第i次读片数据分别与R_C中第1～N次读片数据的欧几里得距离，S中第j列的数据是R_C中第j次读片数据分别与R中第1～N次读片数据的欧几里得距离。

当然S中第i行第j列的数据也可以是R_C中第i次读片数据与R中第j次读片数据的欧几里得(Euclidean)距离。

S109，取S的某一列j，找出该列中最小值所对应的行值i，若该行值i与该列值j的差值的绝对值大于一预设阈值，则所述待检对象发生运动。

假设j＝1000，则S中第1000列数据为R_C中第1000次读片数据分别与R中第1～N次读片数据的欧几里得距离。理论上，S中第j列的最小数据为S_j，j，即i＝j。然而实际上，由于各种原因如机械误差(例如检测器通道的大小、X射线源焦点到扫描中心的距离、X射线源焦点到检测器的距离、X射线束张角等的误差)、条状伪影检测的准确率、飞焦点、旋转机架的速度等，使得S中第j列的最小数据并不一定为S_j，j，而是在S_j，j附近的一个预设阈值范围内。根据本发明的一个实施例，所述预设阈值为20，即|i-j|≤20。若S中第1000列的最小值在该预设阈值范围内，则认为在该次扫描过程中待检对象没有发生运动；否则，认为该次扫描过程中待检对象发生了运动。可见本发明能直接从原始投影数据组R中就检测出待检对象在本次扫描中是否发生运动，准确率和可靠性更高。

上述检测待检对象是否发生运动是在扫描的同时同步进行的。

S110，若检测到待检对象发生运动，则关闭X射线源。

如果待检对象在[0，(180°+2β)]的范围内发生运动，由于检测待检对象发生运动与否需要X射线管从起始位置至少旋转角度(180°+2β)才能得到R_C所需的最少数据，于是在X射线管旋转了角度(180°+2β)时就立刻关闭X射线源，这样待检对象接受的扫描剂量能降低(180-2β)/360。如果待检对象在投影角度α∈[(180°+2β)，360]的范围内发生运动，则能实时检测出检测待检对象发生运动与否，于是在角度α处就立刻关闭X射线源，或者调整准直器的叶片或开口以阻止X射线照射待检对象，或者通过CT控制系统来停止扫描，这样待检对象接受的扫描剂量能降低(360-α)/360。

本发明还提供一种计算机程序，使计算机执行所述减少X射线扫描剂量的方法。

本发明还提供一种计算机可读的记录介质，存储用于使一机器执行如本文所述的减少X射线扫描剂量的方法指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

本发明还提供一种减少X射线扫描剂量的装置，如图3所示，该装置4包括：

一种扫描组件5，其包括X射线源1、对X射线进行限束的准直器和接收X射线投影数据的检测器11，这三者能围绕待检对象同步旋转，以用于对待检对象进行扫描；

一种运动检测组件6，用于在所述扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；

一种控制组件7，用于在运动检测组件6检测到待检对象发生运动时，控制X射线源关闭。

如果待检对象在[0，(180°+2β)]的范围内发生运动，则在X射线管从起始位置旋转了180°+2β时，就立刻关闭X射线源，这样待检对象接受的扫描剂量能降低(180-2β)/360。如果待检对象在投影角度α∈[(180°+2β)，360]的范围内发生运动，在角度α处就立刻关闭X射线源，这样待检对象接受的扫描剂量能降低(360-α)/360。

图4为运动检测组件6的示意图，其包括：

一检测器11，用于采集扫描得到的投影数据，得到一原始投影数据组R；

一补偿数据获取模块12，用于获取R的补偿数据组R_C。

一距离矩阵计算模块13，用于计算原始投影数据组R与补偿数据组R_C的距离矩阵S。

一运动检测模块14，取所述距离矩阵中的第j列，找出该列中最小值所对应的行值i，若该行值i与该列值j的差值的绝对值大于一预设阈值，则认为待检对象在该次扫描过程中发生运动。根据本发明的一个实施例，预设阈值为20。具体检测方式已在本发明的方法S109中做了详细说明，这里不再赘述。

如图5所示为补偿数据获模块12的示意图，其包括：

一读取子模块111，用于读取R中与一投影数据v1对应的第一投影角度α1和第一检测器通道n1。

一计算子模块112，用于根据α1和n1来计算第二投影角度α2和第二检测器通道n2，其中在α2下的n2与在α1下的n1位于同一X射线传播路径F1F2上。具体计算过程已在前述公式(1)～(5)中具体说明，这里不再赘述。

从上述方案中可以看出，由于本发明能在检测到待检对象发生运动后关闭X，所以避免待检对象接受不必要的扫描剂量。

本发明涉及医疗设备领域，特别是一种减少X射线扫描剂量的方法，所述方法包括：对待检对象进行扫描；在扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；若检测到待检对象发生运动，则关闭X射线源或停止扫描。本发明还提供一种减少X射线扫描剂量的装置。本发明能实时检测待检对象是否发生运动，并在检测出运动后即刻关闭X射线源，从而减少待检对象接受的X射线扫描剂量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种减少X射线扫描剂量的方法，所述方法包括：

对待检对象进行扫描；

在扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；

若检测到待检对象发生运动，则关闭X射线源；

所述检测待检对象是否发生运动的步骤包括：

用一检测器采集扫描得到的投影数据，得到一原始投影数据组；

获取所述原始投影数据组的一补偿数据组；

计算所述原始投影数据组与所述补偿数据组的距离矩阵；

取所述距离矩阵的某一列，找出该列中最小值所对应的行值，若该行值与该列值的差值的绝对值大于一个预设阈值，则确定待检对象发生运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述X射线源从起始位置旋转了角度180°+2β时，检测待检对象是否发生运动，其中β为所述X射线源发出的X射线束张角的一半。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述距离矩阵为欧几里得距离矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取补偿数据组包括：

读取所述原始投影数据组中一投影数据对应的第一投影角度和第一检测器通道；

根据所述第一投影角度和所述第一检测器通道来计算第二投影角度和第二检测器通道，其中所述第二投影角度下的第二检测器通道与所述第一投影角度下的第一检测器通道位于同一X射线传播路径上；

将所述第二投影角度下第二检测器通道所采集到的投影数据作为所述补偿数据组中的数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算第二投影角度和第二检测器通道包括：

根据所述第一检测器通道按如下公式来计算所述X射线传播路径偏离X射线束中心的角度：

θ＝β-n1*Δβ，

其中，n1为所述第一检测器通道，Δβ为所述第一检测器通道的角度步距，θ为所述X射线传播路径与X射线束中心的夹角，β为所述X射线束张角的一半；

根据所述夹角按如下公式来计算所述第二检测器通道：

n2＝(β+θ)/Δβ，

其中，n2为所述第二检测器通道，且所述第二检测器通道与所述第一检测器通道关于所述检测器的中心呈镜像对称；

根据所述夹角按如下公式来计算所述第二投影角度：

α2＝α1±180°-2θ，

其中，α2为所述第二投影角度，α1为所述第一投影角度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设阈值为20。

7.一种减少X射线扫描剂量的装置，所述装置(4)包括：

一种扫描组件(5)，其包括X射线源、对X射线进行限束的准直器和接收X射线投影数据的检测器(11)，这三者能围绕待检对象同步旋转，以对待检对象进行扫描；

一种运动检测组件(6)，用于在所述扫描的同时，检测待检对象是否发生运动；

一种控制组件(7)，用于在所述运动检测组件检测到待检对象发生运动时，控制所述X射线源关闭；

所述运动检测组件(6)包括：

一检测器(11)，用于采集扫描得到的投影数据，得到一原始投影数据组；

一补偿数据获取模块(12)，用于获取所述原始投影数据组的补偿数据组；

一距离矩阵计算模块(13)，用于计算所述原始投影数据组与所述补偿数据组的距离矩阵；

一运动检测模块(14)，用于取所述距离矩阵的某一列，找出该列中最小值所对应的行值，若该行值与该列值的差值的绝对值大于一个预设阈值，则确定待检对象发生运动。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述补偿数据获取模块(12)包括：

一读取子模块(111)，用于读取所述原始投影数据组中与一投影数据对应的第一投影角度和第一检测器通道；

一计算子模块(112)，用于根据所述第一投影角度和所述第一检测器通道来计算第二投影角度和一第二检测器通道，其中所述第二投影角度下的第二检测器通道与所述第一投影角度下的第一检测器通道位于同一X射线传播路径上；

一补偿数据获取子模块(113)，其将所述第二投影角度下第二检测器通道所采集到的投影数据作为所述补偿数据组中的数据。